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Operaciones de Transferencia de Masa 86 M.A.Romero 2001

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA

Ejemplos del mtodo de Ponchon-Savarit

EJEMPLO 1. A una columna de destilacin se alimentan 100 lb/min de una mezcla lquida saturada que consiste de agua y etanol al 25% peso. Se tiene un condensador total con una capacidad de 30,000 BTU/min y se desea operar con un boiler total. La concentracin del destilado deber ser de 85% peso de etanol y el residuo deber tener cuando ms 2.5% peso de etanol. Calcular el nmero mnimo de etapas y el nmero de platos requerido para la separacin. SOLUCION:

A diferencia del mtodo de McCabe-Thiele, en este caso no es necesario transformar las unidades, pues no hay condicionantes para la aplicacin del mtodo. Por un balance de materia global:

F = D + B

BdeM / A: FzA = DxD + BxB Resolviendo simultneamente: A manera de ejercicio, se puede calcular el reflujo mnimo y el nmero mnimo de etapas. El nmero mnimo de etapas se determina grficamente, resultando Nmn = 4.


Primeramente se localizan los puntos D, B y F en el diagrama entalpa composicin. Prolongando isotermas de la seccin enriquecedora, del diagrama se localiza el punto HDmn, HDmn = Por lo que el reflujo mnimo se calcula leyendo del diagrama los valores de H1 y h0: h0 = H1 =

RH H

H hD

minmin

$ $

$ $=

= 11 0

Para localizar el punto de diferencia (de operacin) de la seccin enriquecedora, se aplica la definicin:

$ $H hQ

DD DC

= + =

Localizando este punto, es posible determinar la recta de alimentacin puesto que ya se conoce el punto F y el punto D. Para verificar que el trazo de esta recta, se determinar la carga del boiler, QB. Por medio de un BdeE global:

FH Q Dh Bh QF B D B C$$ $+ = + +

Leyendo del diagrama entalpa-composicin: hB = HF = Sustituyendo en el BdeE: Despejando QB: Con este valor, se calcula HB:

$ $H hQ

BB BB

= =


Con los dos puntos de diferencia ya determinados, se calcula el nmero de etapas trazando en forma alterna isotermas y rectas de operacin, obtenindose 6 platos. Para calcular el reflujo de operacin, aplicando la definicin de reflujo,

RH H

H hD=

=$ $

$ $ 1

1 0

y Rop/Rmn = 1.39/0.674 = EJEMPLO 2. Se alimentan 100 lb/min de una mezcla etanol-agua al 25% peso de etanol a una columna de destilacin. La alimentacin viene como una mezcla lquido-vapor con un 80% peso de lquido. Se desea una concentracin de etanol en el destilado de 85% peso y en el residuo de 2.5% peso. El reflujo de operacin ser 1.3 y se utilizar un condensador parcial y boiler total. Determinar el nmero de etapas requerido para la separacin y el reflujo mnimo. SOLUCION:

El balance de materia es exactamente igual al del problema anterior, dado que las corrientes de entrada y salida del problema son las mismas. Sin embargo, la interpretacin de la primera isoterma es diferente, dado que se trata de un condensador parcial: Como la alimentacin es una mezcla lquido-vapor, hay que localizar en el diagrama el punto de alimentacin F y los puntos D y B. En este caso no se conoce la carga trmica del condensador, pero se nos da el reflujo de operacin para poder localizar el punto de diferencia de la seccin enriquecedora. Sin embargo, no es posible leer directamente del diagrama la entalpia H1, por lo que es necesario plantear BdeM y BdeE en el condensador:


BdeM total: V1 = L0 + D = BdeM / A: V1yA1 = L0xA0 + DxD despejando, yA1 = Leyendo en el diagrama con yA1 = 0.81 y vapor saturado, H1 = Para calcular la entalpa del punto de diferencia, aplicando la definicin de reflujo,

RH H

H hD= =

=13 11 0

.$ $

$ $

por lo que HD = 580 + 1.3 (580 - 105) = A continuacin se traza la recta de alimentacin y es posible calcular el nmero de etapas, que resulta de 6 + C. Para calcular el reflujo mnimo, prolongando isotermas de la seccin enriquecedora, HDmn =

RH H

H hD

minmin

$ $

$ $=

= 11 0

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